(57)【要約】【課題】店舗全体として消費エネルギーの低減を可能とした店舗用省エネルギーシステムを提供すること。【解決手段】店舗内で使用される各種電気設備１０（２０，４０）と、ガスエンジン５０と、冷蔵設備３０で使用され、ガスエンジンによって駆動される圧縮機３１と、ガスエンジンの出力が分配される発電機６０と、系統連係装置６５と、ガスエンジンと発電機の運転を制御する制御装置７０とを備えた店舗用省エネルギーシステム１。ガスエンジン５０を一定の出力に制御すると共に、そのときの冷蔵設備３０の負荷変化に伴うガスエンジンの余剰出力を利用して発電機６０を運転し、発電された電力を、系統連係装置を介して各種電気設備で利用し、発電機の発電量の不足分を商用電源Ｐsで補う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
店舗内で使用される各種電気設備と、ガスエンジンと、冷蔵設備で使用され、前記ガスエンジンによって駆動される圧縮機と、前記ガスエンジンの出力が分配される発電機と、系統連係装置と、前記ガスエンジンと発電機の運転を制御する制御装置とを備え、
前記ガスエンジンを一定の出力に制御すると共に、そのときの前記冷蔵設備の負荷変化に伴う前記ガスエンジンの余剰出力を利用して前記発電機を運転し、発電された電力を、前記系統連係装置を介して前記各種電気設備で利用し、前記発電機の発電量の不足分を商用電源で補うことを特徴とする店舗用省エネルギーシステム。
【請求項２】
前記各種電気設備は、空気調和設備用の圧縮機と冷凍設備用の圧縮機とを含むことを特徴とする請求項１に記載の店舗用省エネルギーシステム。
【請求項３】
前記冷蔵設備は、コンデンサと蒸発器とを有し、前記コンデンサと蒸発器との間を接続する冷媒配管に過冷却器が設けられ、前記空気調和設備の蒸発器を通った冷媒を過冷却することを特徴とする請求項１又は２に記載の店舗用省エネルギーシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記冷蔵設備の負荷が変化したとき、ガスエンジン出力と前記冷蔵設備の負荷との差に相当した出力を前記発電機に分配することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の店舗用省エネルギーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、店舗用省エネルギーシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、店舗における照明を含む電気設備、空気調和設備或いは冷凍設備等においては、使用する電力等の省エネルギー対策をとる場合には、個々の設備毎に行っていた（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１７８１５９号公報
【特許文献２】特開２０００−２０５７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１，２に開示された技術は、冷凍用と冷蔵用の冷却システムや冷凍装置における省エネルギーを企図したもので、前記各設備を統合した店舗全体としてエネルギーの節約を企図したものではない。このため、例えば、照明を含む電気設備や冷蔵設備等を２４時間稼動するコンビニエンスストアにおいては、多大なエネルギーが消費されている。本発明者らがコンビニエンスストアにおけるエネルギー消費量について調べた結果、コンビニエンスストアでは、空気調和設備と冷蔵設備、特に、冷蔵設備でのエネルギー消費量が大きいということが分かった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、店舗全体として消費エネルギーの低減を可能とした店舗用省エネルギーシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る店舗用省エネルギーシステムは、店舗内で使用される各種電気設備と、ガスエンジンと、冷蔵設備で使用され、前記ガスエンジンによって駆動される圧縮機と、前記ガスエンジンの出力が分配される発電機と、系統連係装置と、前記ガスエンジンと発電機の運転を制御する制御装置とを備え、前記ガスエンジンを一定の出力に制御すると共に、そのときの前記冷蔵設備の負荷変化に伴う前記ガスエンジンの余剰出力を利用して前記発電機を運転し、発電された電力を、前記系統連係装置を介して前記各種電気設備で利用し、前記発電機の発電量の不足分を商用電源で補うことを特徴とする。
【０００７】
請求項１の発明によれば、店舗全体として消費するエネルギーを節約することができる。
【０００８】
また、請求項２の発明に係る店舗用省エネルギーシステムは、上記の発明において、前記各種電気設備は、空気調和設備用の圧縮機と冷凍設備用の圧縮機とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の発明に係る店舗用省エネルギーシステムは、上記の発明において、前記冷蔵設備は、コンデンサと蒸発器とを有し、前記コンデンサと蒸発器との間を接続する冷媒配管に過冷却器が設けられ、前記空気調和設備の蒸発器を通った冷媒を過冷却することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の発明に係る店舗用省エネルギーシステムは、上記の発明において、前記制御装置は、前記冷蔵設備の負荷が変化したとき、ガスエンジン出力と前記冷蔵設備の負荷との差に相当した出力を前記発電機に分配することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、この発明の請求項１，２，４の店舗用省エネルギーシステムによれば、前記ガスエンジンの出力を一定に制御し、そのときの前記冷蔵設備の負荷変化に伴う前記ガスエンジンの余剰出力によって発電機が発電した電力を、系統連係装置を介して各種電気設備で利用し、前記発電機の発電量の不足分を商用電源で補うので、店舗全体として消費するエネルギーを節約することができるという効果を奏する。
【００１２】
また、請求項３の店舗用省エネルギーシステムによれば、冷蔵設備は、コンデンサと蒸発器とを有し、前記コンデンサと蒸発器との間を接続する冷媒配管に過冷却器が設けられ、前記空気調和設備の蒸発器を通った冷媒を過冷却するので、冷蔵負荷を小さく抑えることで、ガスエンジンの出力をより多く発電機へ分配することができ、より一層消費するエネルギーを節約することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、この発明に係る店舗用省エネルギーシステムの好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、この発明の実施の形態である店舗用省エネルギーシステム（以下、「エネルギーシステム」という）の概略構成図である。エネルギーシステム１は、図１に示すように、照明を含む電気設備１０、空気調和設備２０、冷蔵設備３０、冷凍設備４０、ガスエンジン５０、発電機６０及び制御装置７０を備え、コンビニエンストア等の店舗において上記各設備全体によって消費されるエネルギーを節約するものである。
【００１５】
電気設備１０は、店舗の照明，店舗における照明利用のディスプレイや看板、更には店内のコンセントを通して利用される電子調理器，調理用加熱器，コピー機，電気温水器，掃除機等の他、空気調和設備２０の空調用圧縮機２１並びに冷凍設備４０の空調用圧縮機４１等、通常、商用電源Ｐsから供給される電力を使用しているものを総て含んだ設備をいう。
【００１６】
空気調和設備２０は、店舗内の冷暖房に供され、空調用圧縮機２１、室外機（コンデンサ）２２、室内機（蒸発器）２３が冷媒配管２４によって接続されている。冷媒配管２４は、適宜個所に流量調節弁２５が設けられている。
【００１７】
冷蔵設備３０は、店舗内の冷蔵ショーケースの冷却に供され、冷蔵用圧縮機３１、４方弁３２、コンデンサ３３、加熱器３４、過冷却器３５、蒸発器３６，３７が冷媒配管３８によって接続されている。冷蔵用圧縮機３１は、ガスエンジン５０を駆動源として運転される。冷媒配管３８は、適宜個所に流量調節弁３９が設けられ、過冷却器３５の下流で２系統に分岐された後、再度統合され、後述する冷凍設備４０の過冷却器４４を通って４方弁３２へ配管されている。このとき、蒸発器３６は、弁当類を陳列する比較的冷蔵温度が高い（例えば、約１８℃）冷蔵ショーケース用であり、蒸発器３７は、清涼飲料等の飲み物を陳列する比較的冷蔵温度が低い（例えば、約４℃）冷蔵ショーケース用である。また、コンデンサ３３と蒸発器３６，３７は、冷媒の下流側に冷媒の圧力を検知する圧力センサと温度を検知する温度センサを有する冷媒センサＳ1〜Ｓ3が設けられている。
【００１８】
冷凍設備４０は、アイスクリームや冷凍食品等を陳列する冷凍ショーケースの冷凍に供され、冷凍用圧縮機４１、コンデンサ４２、加熱器４３、過冷却器４４、蒸発器４５が冷媒配管４６によって接続されている。冷媒配管４６は、適宜個所に流量調節弁４７が設けられている。ここで、冷凍用圧縮機４１は、通常は、空調用圧縮機２１と共に、商用電源Ｐsから供給される電力によって運転される。また、冷凍設備４０においては、年間を通じたエネルギー使用量が小さいことから、エネルギー使用量が最大である冷蔵設備３０の加熱器３４及び過冷却器３５と異なり、加熱器４３及び過冷却器４４は必須ではない。
【００１９】
しかしながら、過冷却器４４を設ける構成を採用した場合には、過冷却器４４を動作させるとコンデンサ４２の出口液冷媒の過冷却度が増加するので冷凍能力は増加するし、一方、加熱器４３を設ける構成を採用した場合には、加熱器４３を動作させるとコンデンサ４２の凝縮圧力が高くなり圧力比（φ＝ｉＨＰ／ＬＰ、ＨＰは凝縮圧力、ＬＰは蒸発圧力で、それぞれ絶対値を示す）が大きくなり、圧縮機の体積効率が低下するので、冷媒循環量が小さくなり冷凍能力は小さくなる。即ち、過冷却器４４と加熱器４３を設ける構成とした場合には、冷凍能力の調整機能を有する冷凍設備４０を提供することができる。なお、これは、冷蔵設備３０におけるコンデンサ３３に付いても同様で、過冷却器３５、加熱器３４を動作させることにより、過冷却度又は圧力比を変えることができるので、冷凍能力の調整機能が得られる。従って、状況に応じた冷凍能力の調整を行うことができるため、エネルギーシステム１は、設備全体としてエネルギー効率を高めることができる。
【００２０】
ガスエンジン５０は、液化天然ガス（ＬＮＧ）等の都市ガスを燃料とするガスヒートポンプのエンジンであり、一定のトルクを出力するように制御装置７０によって制御され、冷蔵設備３０の負荷に応じて出力を冷蔵用圧縮機３１と発電機６０とに分配する。ガスエンジン５０は、冷蔵用圧縮機３１及び発電機６０とシャフトやベルト等で接続され、加熱器３４と加熱器４３とに接続される冷却水の配管５１を有している。配管５１には、冷却水を圧送するポンプ５２，５３、分配弁５４及びラジエータ５５が設けられている。また、ガスエンジン５０は、排気管の圧力を検知する圧力センサＳ4が設けられている。圧力センサＳ4は、ガスエンジン５０の排気管圧力を検知することで、出力、即ち、トルクを推定するために使用される。
【００２１】
発電機６０は、ガスエンジン５０から分配される出力によって運転される。発電機６０が発電した電力は、系統連係装置６５を介して電気設備１０、空気調和設備２０或いは冷凍設備４０で利用される。これにより、エネルギーシステム１においては、発電機６０が発電した電力を利用することにより、電気設備１０、空気調和設備２０或いは冷凍設備４０で使用される商用電源Ｐsから供給される電力を節約している。ここで、系統連係装置６５は、発電機６０が発電していないときには、電気設備１０、空気調和設備２０或いは冷凍設備４０へ商用電源Ｐsから電力を供給し、発電機６０が発電しているときには、この電力を供給することによって商用電源Ｐsから供給される電力を節約している。このとき、系統連係装置６５は、発電機６０が発電した電力が増加したときの電圧に基づき、連係保護回路が出力を調整し、商用電源Ｐsからの電力使用を制限（制御）している。
【００２２】
制御装置７０は、図２に示すように、冷媒回路制御部７１、エンジン制御部７２及び発電機制御部７３を備え、エネルギーシステム１のガスエンジン５０と発電機６０の運転を制御している。
【００２３】
冷媒回路制御部７１は、冷媒センサＳ1〜Ｓ3から出力される冷媒情報信号に基づき、冷蔵設備３０における冷蔵負荷を推定し、ガスエンジン５０の回転数の増減をエンジン制御部７２に指示する。ここで、ガスエンジン５０は、冷蔵用圧縮機３１のみを運転するだけであれば、ガスエンジン５０の回転数は冷蔵負荷によって決まる。但し、エネルギーシステム１においては、ガスエンジン５０を効率が最高となる一定の出力（トルク）に制御し、冷蔵設備３０の負荷変化に伴うガスエンジン５０の余剰出力を発電機６０に回すものである。エンジン制御部７２は、ガスエンジン５０を効率が最高となる一定の出力（トルク）に制御するため、ガスエンジン５０の排気管圧力に関して予め測定されているガスエンジン５０の回転数とトルクとの関係に基づくデータベースを参照し、ガスエンジン５０には回転数を、発電機制御部７３には励磁電流量を、それぞれ指示する。発電機制御部７３は、エンジン制御部７２からの励磁電流量の指示に基づき、ガスエンジン５０の出力を発電機６０に分配し、前記励磁電流量に対応した発電を実行させる。
【００２４】
エネルギーシステム１は、以上のように構成され、コンビニエンストア等の店舗においてガスエンジン５０及び発電機６０の運転を制御装置７０によって制御しながら、店舗全体で消費されるエネルギーを節約している。以下、エネルギー消費量が１年を通じて最も多い夏季の場合を例にして説明する。
【００２５】
店舗の照明，店舗における照明利用のディスプレイや看板等の他、空気調和設備２０の空調用圧縮機２１並びに冷凍設備４０の空調用圧縮機４１等の電気設備１０は、通常は、商用電源Ｐsから供給される電力を使用している。
【００２６】
そして、空気調和設備２０においては、先ず、空調用圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒が、室外機２２によって放熱されて凝縮液化し、例えば約４５℃の高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、室内機２３を通過する過程で蒸発して低温低圧の液冷媒となり、室内空気と熱交換して店舗内を冷房する。このとき、室内機２３を通過した後の低温低圧の液冷媒は、例えば約１０℃で、冷媒配管２４を通って冷蔵設備３０の過冷却器３５に運ばれた後、空調用圧縮機２１へと戻される。
【００２７】
冷凍設備４０においては、冷凍用圧縮機４１から吐出された高温高圧のガス冷媒が、コンデンサ４２で放熱されて凝縮液化し、例えば約４５℃の高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、加熱器４３で加熱された後、過冷却器４４で過冷却されて例えば約２０℃の液冷媒となった後、蒸発器４５を通過する過程で蒸発して低温低圧の液冷媒となり、冷凍ショーケース内の空気と熱交換して内部を冷凍状態に保持する。蒸発器４５を通過した液冷媒は、例えば約−１８℃で、冷媒配管４６を通って冷凍用圧縮機４１へと戻される。
【００２８】
一方、冷蔵設備３０においては、ガスエンジン５０によって駆動される冷蔵用圧縮機３１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、４方弁３２を通ってコンデンサ３３で放熱されて凝縮液化し、例えば約４５℃の高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、加熱器３４で加熱された後、過冷却器３５で過冷却されて例えば約２５℃の液冷媒となり、蒸発器３６，３７を通過する過程で蒸発して低温低圧の液冷媒となる。このとき、蒸発器３６は、弁当類を陳列する比較的冷蔵温度が高い（例えば、約１８℃）冷蔵ショーケース用であり、蒸発器３７は、清涼飲料等の飲み物を陳列する比較的冷蔵温度が低い（例えば、約４℃）冷蔵ショーケース用である。このため、蒸発器３６を通過した液冷媒は約１８℃、蒸発器３７を通過した液冷媒は約４℃であり、合流後における低温低圧の液冷媒は、過冷却器４４において冷凍設備４０の冷媒を冷却して約２０℃に昇温した後、４方弁３２を通って冷蔵用圧縮機３１へと戻される。
【００２９】
ガスエンジン５０は、冷蔵設備３０の冷蔵用圧縮機３１を駆動するが、冷蔵ショーケースの冷却状態が安定し、冷蔵負荷が安定しているとき等には、制御装置７０が冷媒センサＳ1〜Ｓ3から出力される冷媒情報信号に基づき、冷蔵設備３０における冷蔵負荷を推定し、発電機６０へ出力を分配する。また、ガスエンジン５０は、配管５１によって約７０℃の冷却水を冷蔵設備３０の加熱器３４や冷凍設備４０の加熱器４３へ圧送して液冷媒を熱交換によって過冷却するが、分配弁５４を切り替えることによって、ラジエータ５５で冷却した冷却水をガスエンジン５０へ戻すことができる。
【００３０】
このとき、エネルギーシステム１においては、冷蔵設備３０の冷媒が、コンデンサ３３での放熱によって凝縮液化されて、例えば約４５℃の高圧の液冷媒となり、加熱器３４で加熱された後、過冷却器３５において空気調和設備２０の室内機２３を通過した約１０℃の液冷媒によって約２５℃に過冷却されている。冷蔵設備３０における冷蔵サイクルを、図３に示すモリエル線図によって説明する。モリエル線図は、温度と圧力によって冷媒が固体，液体，気体と変化する様子を、横軸に比エンタルピーをとり、縦軸に絶対圧力をとって表したものである。
【００３１】
図３のモリエル線図において、曲線Ｌは臨界点Ｋを境として左側が飽和液線、右側が乾き飽和蒸気線であり、冷蔵サイクルは点Ａ→点Ｂ→点Ｃ→点Ｄで示される。また、冷蔵サイクルにおいて、Ａ点は、冷蔵用圧縮機３１入口における低温低圧の液冷媒の状態を、Ｂ点は、冷蔵用圧縮機３１によって圧縮された高温高圧のガス冷媒の状態を、Ｃ点は、コンデンサ３３を通過し、蒸発器３６あるいは蒸発器３７に入る前の過冷却されていない状態の液冷媒の状態を、Ｄ点は、過冷却されずに蒸発器３６あるいは蒸発器３７を通過した低温低圧の液冷媒状態を、それぞれ示している。
【００３２】
このとき、エネルギーシステム１においては、冷蔵設備３０の冷媒を、過冷却器３５において空気調和設備２０の室内機２３を通過した約１０℃の液冷媒によって約２５℃に過冷却している。このため、冷蔵サイクルは、図３において点Ｃの位置が点Ｃ1に移動し、蒸発器３６あるいは蒸発器３７を通過することで膨張した液冷媒の状態である点Ｄの位置が点Ｄ1に移動しており、ΔＣが過冷却度を示している。この過冷却を考慮した成績係数(COP: coefficient of performance)を求めると、ＣＯＰ1＝(Δｉ1＋Δｉ3)／(Δｉ1＋Δｉ2)となる。これに対して、過冷却しない場合の成績係数は、ＣＯＰ＝Δｉ1／(Δｉ1＋Δｉ2)となり、過冷却した場合よりも小さくなる(＜ＣＯＰ1)。実際に成績係数ＣＯＰ1を算出したところ、成績係数ＣＯＰに比べて約１５％増加していた。
【００３３】
従って、エネルギーシステム１においては、空気調和設備２０の室内機２３を通過した約１０℃の液冷媒を、冷蔵設備３０の冷媒の過冷却に利用していることから、冷蔵設備３０の成績係数を大きくすることができ、冷蔵負荷を小さく抑えることができる。この結果、エネルギーシステム１においては、ガスエンジン５０の出力を発電機６０へ分配することができる。しかも、エネルギーシステム１においては、制御装置７０がガスエンジン５０の出力（トルク）を一定に制御し、冷蔵設備３０の負荷変化に伴うガスエンジン５０の余剰出力を発電機６０へ分配し、発電機６０が発電した電力を、系統連係装置６５を介して空気調和設備２０や冷凍設備４０を含む電気設備１０で利用している。このように、エネルギーシステム１においては、負荷が軽くなると、効率が低下してしまうガスエンジン５０が有しているデメリットを、ガスエンジン５０の出力（トルク）を一定に制御することにより克服している。
【００３４】
このため、エネルギーシステム１を導入した店舗においては、空気調和設備２０や冷凍設備４０を含む電気設備１０及び冷蔵設備３０で消費するエネルギーを店舗全体として節約することができる。因みに、本発明のエネルギーシステム１を採用した店舗と、採用しない店舗とにおいて、１年間に亘って電力使用量と電気料金（本発明の場合にはガス料金を含む）とを調べたところ、採用しない店舗に比べて、電力使用量で約６６％、電気料金で約２１％、それぞれ節約することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明にかかる店舗用省エネルギーシステムは、店舗における省エネルギーに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の店舗用省エネルギーシステムの概略構成図である。
【図２】図１の店舗用省エネルギーシステムを構成する制御装置の機能を説明するブロック図である。
【図３】図１の店舗用省エネルギーシステムを構成する冷蔵設備における冷蔵サイクルのモリエル線図である。
【符号の説明】
【００３７】
１        店舗用省エネルギーシステム
１０      電気設備
２０      空気調和設備
３０      冷蔵設備
３１      冷蔵用圧縮機
３４      加熱器
３５      過冷却器
４０      冷凍設備
５０      ガスエンジン
６０      発電機
６５      系統連係装置
７０      制御装置
Ｓ1〜Ｓ3  冷媒センサ
Ｓ4       圧力センサ
Ｐs       商用電源
【図１】
2005147445.tif 000003
【図２】
2005147445.tif 000004
【図３】
2005147445.tif 000005